Die additiven Fertigungsverfahren eröffnen durch ihre größere Designfreiheit viele Möglichkeiten um neues Leichtbaupotential in der Bauteilauslegung zu erschließen. Dabei wächst das Bewusstsein der Ingenieure für die Synergien der Physik- getriebenen Topologieoptimierung mit den freien Gestaltungsmöglichkeiten der additiven Fertigung. Diverse Anwendungsbeispiele aus verschiedenen Industriezweigen zeigen, dass dieses Potential branchenübergreifend einsetzbar ist. Durch Topologieoptimierung alleine wird das Potential der Additiven Fertigung jedoch noch nicht ausgeschöpft. Zusätzliches großes Leichtbaupotential bietet auch die Verwendung von gleichmäßigen oder adaptiven Gitterstrukturen. Durch diese kann eine Gewichtsreduktion am Bauteil realisiert werden ohne das ursprüngliche Design optisch zu verändern. Für die Validierung dieser hochkomplexen Gitterstrukturen kann heute dank der neuen Technologie ANSYS Discovery Live auf ein aufwendiges Vernetzen verzichtet und damit eine Bewertung des Designs ‚on the fly‘ erreicht werden. Des Weiteren ermöglichen neue Werkzeuge in ANSYS eine a priori Bewertung von prozessbedingten Formabweichungen der Geometrie bei additiver Fertigung. Verformungen während des Bauprozesses können zu einem Abbruch desselben führen, während Verformungen und Eigenspannungen im fertigen Bauteil zu Abweichungen von der gewünschten Geometrie und Funktionalität führen können. Hier hilft die AF-Prozesssimulation das Verständnis der Prozesse zu erweitern und entsprechende Gegenmaßnahmen zu treffen. In diesem Vortrag werden die genannten Aspekte an praktischen Beispielen gezeigt und diskutiert.

Wikipedia umschreibt die Topologieoptimierung als ein computerbasiertes Berechnungsverfahren, durch welches eine günstige Grundgestalt (Topologie) für Bauteile unter mechanischer Belastung ermittelt werden kann. Durch die Verwendung von 3D-Druck-Verfahren wird die Gestaltung der Komponenten revolutioniert, weil diese nicht mehr abhängig vom Fertigungsverfahren sind. Dabei werden auch optimale Gitterstrukturen innerhalb der Komponenten immer wichtiger. Diese neuen Herausforderungen können im Creo Umfeld mit ProTopCI (Hersteller CAESS, PTC Partner Advantage, Silver) elegant gelöst werden. Im Vortrag (mit Live-Demonstration) werden die neuen Möglichkeiten dieser innovativen Lösung beleuchtet: Modellerzeugung in Creo Simulate (FEM-Mode): - Verschiedene Lastfälle, - Kontakte, - Schraubenverbindungen, - CAD-Geometrie, - zu optimierende Bereiche, ... Technologische Randbedingungen zur Berücksichtigung des Fertigungsverfahren Innovatives Erzeugen/Optimieren der Gitterstrukturen Glätten, Exportieren der optimierten Geometrie

In dieser Arbeit werden Ergebnisse der Untersuchungen zur Laserstrukturierung von Prägewerkezeugen sowie zur Abformung von Gitterstrukturen mit Gitterperioden von kleiner gleich 2 µm in verschiedene Folien und Werkstoffverbunde präsentiert und diskutiert. Die hierfür entwickelte Kombination von Laserprozessen wird erläutert. Des Weiteren sind die auf Basis der experimentellen Untersuchungen ermittelten Parameterräume aufgezeigt und in Bezug zu theoretischen Beschreibungsmodellen gesetzt. Limitationen und Potentiale der einzelnen Teilprozesse werden dargelegt. Unter Anwendung der beschriebenen Strukturierungs- und Prozessparameter ist die Erstellung funktional einsetzbarer Prägewerkzeuge möglich. Für die Strukturübertragung konnte die Abformbarkeit der in die Oberflächen der Prägewerkzeuge eingebrachten beugungsoptisch wirksamen Gitterstrukturen mit Gitterperioden von kleiner gleich 2 µm bei Kontaktzeiten im Millisekundenbereich nachgewiesen werden.

In this paper, a proposal for a new method to design load-adaptive microlattice structures for PBF-LB/M manufacturing is presented. For this purpose, a method was developed to stiffen microlattice structures in particular by using self-similar sub-cells to ensure their manufacturability. The quality of the stiffness increase was investigated and verified by finite element simulations. Subsequently, the simulation results were critically discussed with respect to their potential for future design processes for architected materials.

Wikipedia umschreibt die Topologieoptimierung als ein computerbasiertes Berechnungsverfahren, durch welches eine günstige Grundgestalt (Topologie) für Bauteile unter mechanischer Belastung ermittelt werden kann. Durch die Verwendung von 3D-Druck-Verfahren wird die Gestaltung der Komponenten revolutioniert, weil diese nicht mehr abhängig vom Fertigungsverfahren sind. Dabei werden auch optimale Gitterstrukturen innerhalb der Komponenten immer wichtiger. Diese neuen Herausforderungen können im Creo Umfeld mit ProTopCI (Hersteller CAESS, PTC Partner Advantage, Silver) elegant gelöst werden. Im Vortrag (mit Live-Demonstration) werden die neuen Möglichkeiten dieser innovativen Lösung beleuchtet: Modellerzeugung in Creo Simulate (FEM-Mode): - Verschiedene Lastfälle, - Kontakte, - Schraubenverbindungen, - CAD-Geometrie, - zu optimierende Bereiche, ... Technologische Randbedingungen zur Berücksichtigung des Fertigungsverfahren Innovatives Erzeugen/Optimieren der Gitterstrukturen Glätten, Exportieren der optimierten Geometrie

Die neuen Fertigungsmöglichkeiten durch die Additive Fertigung ermöglicht es nicht nur topologisch neuartige Bauteile herzustellen, sondern auch Bauteile mit inneren Strukturen zu versehen, die der Bauteilbelastung angepasst sind oder anderen Funktionen Freiräume bieten. Ein Ansatz ist es durchlässige innere Strukturen, z. B. Gitterstrukturen (auch als Lattice Strukturen bezeichnet) einzusetzen und durch die damit geschaffenen großen inneren Flächen eine effiziente Bauteilkühlung zu realisieren. Anhand eines einfachen Beispiels wird durch Simulation und Experiment die Wirkung einer solchen Kühlung gezeigt. Als weiteres Anwendungsbeispiel wird der Einsatz verschiedener innere Strukturen zur festigkeitsgerechten Gestaltung gewichtsoptimierter Bauteile vorgestellt. In beiden Fällen wird die Gestaltung mit Hilfe von FE-Modellen experimentell begleitet. / The new manufacturing possibilities offered by additive manufacturing not only allows to produce topologically novel components, but also enables to provide components with internal structures that are adapted to the component load or offer new possibilities for other functions. One approach is to use permeable internal structures, e. g. lattice structures, to realize efficient component cooling through the large internal surfaces created thereby. The effect of such a cooling is demonstrated by simulations and experiments using a simple example. As a further application example, the use of various internal structures for the strength-oriented design of weight-optimized components will be presented. In both cases the design is experimentally accompanied by FE models.

The rise of additive manufacturing has enabled new degrees of freedom in terms of design and functionality. In this context, this contribution addresses the design and characterization of structural unit cells that are intended as building blocks of highly porous lattice structures with tailored properties. While typical lattice structures are often composed of gyroid or diamond lattices, this study presents stackable unit cells of different sizes created by a generative design approach tomeet boundary conditions such as printability and homogeneous stress distributions under a given mechanical load. Suitable laser powder bed fusion (LPBF) parameterswere determined forAlSi10Mg to ensure high resolution and process reproducibility for all considered unit cells. Stacks of unit cells were integrated into tensile and pressure test specimens for which the mechanical performance of the cells was evaluated. Experimentally measured material properties, applied process parameters, and mechanical test results were employed for calibration and validation of finite element (FE) simulations of both the LPBF process as well as the subsequent mechanical characterization. The obtained data therefore provides the basis to combine the different unit cells into tailored lattice structures and to numerically investigate the local variation of properties in the resulting structures. / Durch die Einführung der Additiven Fertigung können neue Freiheitsgrade in Bezug auf Gestaltungsfreiheit und Funktionalität erreicht werden. In diesem Zusammenhang adressiert dieser Beitrag das Design und die Charakterisierung struktureller Einheitszellen als Bausteine für hochgradig poröse Gitterstrukturen mit maßgeschneiderten Eigenschaften. Während typische Gitterstrukturen oft auf Gyroid- oder Diamantstrukturen basieren, präsentiert dieser Beitrag stapelbare Einheitszellen unterschiedlicher Größe, die durch einen generativen Designansatz erstellt wurden. Hierdurch sollen verschiedene Randbedingungen wie eine gute Druckbarkeit und homogene Spannungsverteilung unter gegebenen mechanischen Lasten erreicht werden. Um eine hohe Auflösung und Reproduzierbarkeit der Einheitszellen zu erreichen, wurden für den verwendeten Werkstoff AlSi10Mg geeignete Druckparameter für das Laserstrahlschmelzen (LPBF) ermittelt. Stapel von Einheitszellen wurden in Zug- und Druckproben integriert, anhand derer die mechanische Stabilität der Zellen ermittelt wurde. Experimentell bestimmte Materialeigenschaften, die verwendeten Prozessparameter und die Ergebnisse der mechanischen Untersuchungen wurden anschließend für die Kalibrierung und Validierung Finiter Elemente (FE) Simulationen herangezogen, wobei simulationsseitig sowohl der Prozess des Laserstrahlschmelzens als auch die nachgelagerte mechanische Charakterisierung berücksichtigt wurden. Die hier präsentierten Ergebnisse sollen als Basis sowohl für eine gezielte Anordnung der Einheitszellen zu maßgeschneiderten Gitterstrukturen dienen als auch für die numerische Auswertung der lokal variierenden Eigenschaften der somit resultierenden Strukturen.